锂電池制造杭可科技logo圖 股票代碼688006锂電設備科創第一(yī / yì /yí)股
杭可資訊
Hangke Information
行業新聞 杭可動态
影響锂離子(zǐ)電池循環性能的(de)幾個(gè)因素
文章來(lái)源: 發布時(shí)間:2021-09-11 閱讀:7124 次

        锂離子(zǐ)電池生産工序複雜,其中循環性能對锂離子(zǐ)電池的(de)重要(yào / yāo)程度無需贅言,它對锂離子(zǐ)電池性能的(de)影響至關重要(yào / yāo)。就(jiù)宏觀來(lái)講,更長的(de)循環壽命意味着更少的(de)資源消耗。電池的(de)循環壽命是(shì)評價電池性能好壞的(de)重要(yào / yāo)指标。

        材料種類:材料的(de)選擇是(shì)影響锂離子(zǐ)電池性能的(de)一(yī / yì /yí)要(yào / yāo)素。選擇了(le/liǎo)循環性能較差的(de)材料,工藝再合理、制成再完善,電芯的(de)循環也(yě)必然無法保證;選擇了(le/liǎo)較好的(de)材料,即使後續制成有些許問題,循環性能也(yě)可能不(bù)會差的(de)過于(yú)離譜(一(yī / yì /yí)次钴酸锂克發揮僅爲(wéi / wèi)135.5mAh/g左右且析锂的(de)電芯,1C雖然百餘次跳水但是(shì)0.5C、500次90%以(yǐ)上(shàng);一(yī / yì /yí)次電芯拆開後負極有黑色石墨顆粒的(de)電芯,循環性能正常)。從材料角度來(lái)看,一(yī / yì /yí)個(gè)全電池的(de)循環性能,是(shì)由正極與電解液匹配後的(de)循環性能、負極與電解液匹配後的(de)循環性能這(zhè)兩者中,較差的(de)一(yī / yì /yí)者來(lái)決定的(de)。材料的(de)循環性能較差,一(yī / yì /yí)方面可能是(shì)在(zài)循環過程中晶體結構變化過快從而(ér)無法繼續完成嵌锂脫锂,一(yī / yì /yí)方面可能是(shì)由于(yú)活性物質與對應電解液無法生成緻密均勻的(de)SEI膜造成活性物質與電解液過早發生副反應而(ér)使電解液過快消耗進而(ér)影響循環。在(zài)電芯設計時(shí),若一(yī / yì /yí)極确認選用循環性能較差的(de)材料,則另一(yī / yì /yí)極無需選擇循環性能較好的(de)材料,浪費。

        正負極壓實:正負極壓實過高,雖然可以(yǐ)提高電芯的(de)能量密度,但是(shì)也(yě)會一(yī / yì /yí)定程度上(shàng)降低材料的(de)循環性能。從理論來(lái)分析,壓實越大(dà),相當于(yú)對材料的(de)結構破壞越大(dà),而(ér)材料的(de)結構是(shì)保證锂離子(zǐ)電池可以(yǐ)循環使用的(de)基礎;此外,正負極壓實較高的(de)電芯難以(yǐ)保證較高的(de)保液量,而(ér)保液量是(shì)電芯完成正常循環或更多次的(de)循環的(de)基礎。

        水分:過多的(de)水分會與正負極活性物質發生副反應、破壞其結構進而(ér)影響循環,同時(shí)水分過多也(yě)不(bù)利于(yú)SEI膜的(de)形成。但在(zài)痕量的(de)水分難以(yǐ)除去的(de)同時(shí),痕量的(de)水也(yě)可以(yǐ)一(yī / yì /yí)定程度上(shàng)保證電芯的(de)性能。可惜文武對這(zhè)個(gè)方面的(de)切身經驗幾乎爲(wéi / wèi)零,說(shuō)不(bù)出(chū)太多的(de)東西。大(dà)家有興趣可以(yǐ)搜一(yī / yì /yí)搜論壇裏面關于(yú)這(zhè)個(gè)話題的(de)資料,還是(shì)不(bù)少的(de)。

        塗布膜密度:單一(yī / yì /yí)變量的(de)考慮膜密度對循環的(de)影響幾乎是(shì)一(yī / yì /yí)個(gè)不(bù)可能的(de)任務。膜密度不(bù)一(yī / yì /yí)緻要(yào / yāo)麽帶來(lái)容量的(de)差異、要(yào / yāo)麽是(shì)電芯卷繞或疊片層數的(de)差異。對同型号同容量同材料的(de)電芯而(ér)言,降低膜密度相當于(yú)增加一(yī / yì /yí)層或多層卷繞或疊片層數,對應增加的(de)隔膜可以(yǐ)吸收更多的(de)電解液以(yǐ)保證循環。考慮到(dào)更薄的(de)膜密度可以(yǐ)增加電芯的(de)倍率性能、極片及裸電芯的(de)烘烤除水也(yě)會容易些,當然太薄的(de)膜密度塗布時(shí)的(de)誤差可能更難控制,活性物質中的(de)大(dà)顆粒也(yě)可能會對塗布、滾壓造成負面影響,更多的(de)層數意味着更多的(de)箔材和(hé / huò)隔膜,進而(ér)意味着更高的(de)成本和(hé / huò)更低的(de)能量密度。所以(yǐ),評估時(shí)也(yě)需要(yào / yāo)均衡考量。

        負極過量:負極過量的(de)原因除了(le/liǎo)需要(yào / yāo)考慮首次不(bù)可逆容量的(de)影響和(hé / huò)塗布膜密度偏差之(zhī)外,對循環性能的(de)影響也(yě)是(shì)一(yī / yì /yí)個(gè)考量。對于(yú)钴酸锂加石墨體系而(ér)言,負極石墨成爲(wéi / wèi)循環過程中的(de)“短闆”一(yī / yì /yí)方較爲(wéi / wèi)常見。若負極過量不(bù)充足,電芯可能在(zài)循環前并不(bù)析锂,但是(shì)循環幾百次後正極結構變化甚微但是(shì)負極結構被破壞嚴重而(ér)無法完全接收正極提供的(de)锂離子(zǐ)從而(ér)析锂,造成容量過早下降。

        電解液量:電解液量不(bù)足對循環産生影響主要(yào / yāo)有三個(gè)原因,一(yī / yì /yí)是(shì)注液量不(bù)足,二是(shì)雖然注液量充足但是(shì)老化時(shí)間不(bù)夠或者正負極由于(yú)壓實過高等原因造成的(de)浸液不(bù)充分,三是(shì)随着循環電芯内部電解液被消耗完畢。注液量不(bù)足和(hé / huò)保液量不(bù)足文武之(zhī)前寫過《電解液缺失對電芯性能的(de)影響》因而(ér)不(bù)再贅述。對第三點,正負極特别是(shì)負極與電解液的(de)匹配性的(de)微觀表現爲(wéi / wèi)緻密且穩定的(de)SEI的(de)形成,而(ér)右眼可見的(de)表現,既爲(wéi / wèi)循環過程中電解液的(de)消耗速度。不(bù)完整的(de)SEI膜一(yī / yì /yí)方面無法有效阻止負極與電解液發生副反應從而(ér)消耗電解液,一(yī / yì /yí)方面在(zài)SEI膜有缺陷的(de)部位會随着循環的(de)進行而(ér)重新生成SEI膜從而(ér)消耗可逆锂源和(hé / huò)電解液。不(bù)論是(shì)對循環成百甚至上(shàng)千次的(de)電芯還是(shì)對于(yú)幾十次既跳水的(de)電芯,若循環前電解液充足而(ér)循環後電解液已經消耗完畢,則增加電解液保有量很可能就(jiù)可以(yǐ)一(yī / yì /yí)定程度上(shàng)提高其循環性能。

        測試的(de)客觀條件:測試過程中的(de)充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測試中的(de)過充過放、測試房溫度、測試過程中的(de)突然中斷、測試點與電芯的(de)接觸内阻等外界因素,都會或多或少影響循環性能測試結果。另外,不(bù)同的(de)材料對上(shàng)述客觀因素的(de)敏感程度各不(bù)相同,統一(yī / yì /yí)測試标準并且了(le/liǎo)解共性及重要(yào / yāo)材料的(de)特性應該就(jiù)足夠日常工作使用了(le/liǎo)。

        總結:如同木桶原則一(yī / yì /yí)樣,諸多的(de)影響電芯循環性能的(de)因素當中,最終的(de)決定性因素,是(shì)諸多因素中的(de)最短闆。同時(shí),這(zhè)些影響因素之(zhī)間,也(yě)都有着交互影響。在(zài)同樣的(de)材料和(hé / huò)制成能力下,越高的(de)循環,往往意味着越低的(de)能量密度,找到(dào)剛好滿足客戶需求的(de)結合點,盡量保證電芯制成的(de)一(yī / yì /yí)緻性,方是(shì)重要(yào / yāo)的(de)任務所在(zài)。